CN212572702U - 一种基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置，其特征在于，包括边缘数字采集模块，边缘数字采集模块设置有音视频数据监测装置、触控装置及人员安全认证装置；所述音视频采集的装置、触控装置及人员安全认证装置间相互连接。本实用新型提供的装置通过音视频采集模块采集的音视频数据，可以实现对边缘站点信号质量的监测；在边缘数字采集模块中增加了可触控的显示屏，整个触控板覆盖在边缘采集模块上，通过触控屏可以实现对边缘计算模块的操作，以及对接入计算模块的设备的控制。

Description

一种基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置

技术领域

本实用新型涉及边缘计算技术领域，尤其涉及一种基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置。

背景技术

现有当今进入到工业时代，5G+工业互联网要实现对不同设备的控制管理，其中的一个重点就是边缘计算节点的建立，边缘计算节点要实现计算能力的下沉、边缘的计算与控制、脱网的状态下的数据处理与存储等等功能，需要变化的计算节点具备下面的功能：

通讯连接的建立，建立起来不同的数据通信连接，支持包括4G、5G的移动方式的数据连接、支持不同移动物联协议、支持本地有线、无线的数据接入等等，通过这些方式实现与云中心的数据通讯。

边缘数据采集，在边缘阶段，可以通过多种接口实现对不同的数据进行采集，针对不同边缘的物联网设备，提供不同的接口数据采集接口，包括网口、串口、开关量等，实现对不同边缘物联网设备的数据采集。

边缘计算核心板，提供边缘信号的处理，根据核心板不同的类型，可以提供包括ARM、INTEL等不同计算设备为基础的计算平台，实现边缘计算和存储功能。

所谓边缘计算，是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供服务。边缘计算与云计算的区别在于，一个将计算能力下沉，一个将计算能力集中在云端。

移动边缘计算MEC作为5G演进的关键技术之一，是把无线网络和互联网两者技术有效融合在一起，在无线边缘网络就近部署计算、存储、分流、大数据分析等功能，实现运营商业务本地化、分布式处理，提升网络数据处理效率，加速网络中各项内容、服务及应用的快速下载，满足终端用户的极致体验，满足垂直行业网络低时延、大流量、安全等诉求。

边缘计算、移动边缘计算的业务实现是“网络+硬件+软件”协同的生态系统。在软件层面是具备边缘计算能力的开放式平台，在网络及基础硬件设施条件上，引入“边缘节点”的概念向“云—管—边—端”演进。边缘节点实现形式主要包括4部分：一是，边缘机房(边缘数据中心)、CDN边缘节点及边缘服务器存储；二是，各种智能网关设备；三是，移动边缘计算的小基站；四是，边缘网络传输。

5G时代是瘦终端、宽管道、渲染云的架构，终端的智能越来越依赖边缘计算的能力，其本身的主要功能是显示和交互，更多的是把算法送到靠近终端侧对数据进行处理分析，以计算为主，需要长期保存的数据会通过网络传回数据中心保存，边云协同依赖的是以云为核心的网络架构。

如果说4G时代的智能终端技术全面促进了传统PC互联网同移动网络的深度融合，那么在5G时代，移动边缘技术(MEC)将会推动云计算平台同移动网络的融合，并可能在技术及商业生态上带来新一轮的变革和颠覆。

边缘数据采集节点不能实现对视音频数据的采集处理，只能实现对边缘出音视频之外的数据处理。

不具备边缘触控的装置，不能实现通过触控屏的方式实现对本地管理设备的控制。

不具备指纹的安全认证功能，不能实现通过指纹确认控制的本地操作功能。

不具备数据单向数据传输的安全方式，实现高安全性设备进行控制。

现有的技术方案在对边缘数据采集中，没有对广播电视音视频进行数据采集、处理的手段，其中包括基于数字、模拟视音频信号的采集处理，同时也不能实现对音视频数据的处理，包括视音频异态处理、音视频的比对处理，而更多的数据来自于环境、动力、各行业专用设备的数据采集处理。

现有数据采集设备，更多使用在数据信号的采集，尤其是在边缘实现对边缘设备数据的采集处理，即便是实现控制边缘设备也是采用远程遥控的当时，在本地不具备触摸屏，不能实现在本地通过触摸屏方式实现对设备的控制。

现行边缘数据采集设备，不具备对控制设备人员的安全管理，在特殊的情况下如果针对边缘设备进行控制，不能对操作的人员进行指定。

现行边缘数据采集设备，不具备对被控设备的安全管理，在特殊的情况下需要对被控的设备直进行单向的控制，只发送控制指令，而从安全角度考虑不能建立双向的通讯，从而保证被控制设备的安全。

现有技术的缺点：

不能实现通过边缘数据计算采集设备，实现对音视频数据的采集、计算。

不能实现对边缘数据计算采集设备控制被采集的设备，即采用边缘数据计算采集设备的触摸屏实现对其它设备的控制。

不能实现边缘设备操作人员的安全管理，不能针对指定人员对边缘设备进行操作。

不能建立单向通讯的方式，保障被控设备的安全。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置。

本实用新型的目的通过以下的技术方案来实现：

一种基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置，包括：

边缘数字采集模块，边缘数字采集模块设置有音视频数据监测装置、触控装置及人员安全认证装置；所述音视频采集的装置、触控装置及人员安全认证装置间相互连接。

所述音视频数据监测装置包括视频、音频采集模块、ARM核心处理器及控制模块；所述视频、音频采集模块与ARM核心处理器连接；所述ARM核心处理器连接控制模块。

所述视频、音频采集模块连接设置有不同音视频数据进行采集的接口，包括IP端口、HDMI端口、同轴端口与模拟、数字音频端口。

所述触控装置包括触控屏，视频、音频数据采集模块，核心计算中央处理模块，控制单元模块；所述触控屏与视频、音频数据采集模块分别与核心计算中央处理模块连接；所述核心计算中央处理模块与所述控制模块连接；所述控制模块与第三方被控设备连接；所述第三方被控设备与所述视频、音频数据采集模块相连接。

所述人员安全认证装置包括指纹输入设备，视频、音频数据采集模块，核心计算中央处理模块及控制单元模块；所述指纹输入设备与视频、音频数据采集模块分别与所述核心计算中央处理模块连接；所述核心计算中央处理模与控制模块连接；控制模块与第三方被控设备连接；第三方被控设备与所述视频、音频数据采集模块相连接。

所述控制模块通过红外数据单向发送方式与所述第三方被控设备传输连接。

与现有技术相比，本实用新型的一个或多个实施例可以具有如下优点：

通过音视频采集模块采集的音视频数据，可以实现对边缘站点信号质量的监测。带来的效果是弱化云平台的监测能力，将监测能力下方到边缘站点，弱化中心计算，提升边缘计算。尤其是对音视频处理，因为数据流量大，采用边缘的处理方式，可以节省云带宽的资源，降低监测成本，同时边缘的计算提高了计算处理的时效性，及时发现信号质量的变化。

在边缘数字采集模块中增加了可触控的显示屏，整个触控板覆盖在边缘采集模块上，通过触控屏可以实现对边缘计算模块的操作，以及对接入计算模块的设备的控制。这样的方式带来的好处是便于运维人员实现边缘第三方设备的维护，通过触控设备实现对边缘设备的控制是一方面，尤其是也可以对边缘第三方设备进行维护，通过显示屏幕可以获取第三方设备的运行输数据，实现对对三方设备的巡检。

作为边缘计算数据采集及显示和控制装置，该设备所放置的位置往往是边缘站点或者是无人值守的机房，需要提供设备运行的安全性；同时对于边缘设备巡检，也需要专业人员定期进行设备、系统的维护，这就需要指定的人在指定的时间对设备进行巡检，如何可以进行人员的安全指定，这个就提供了一套人员安全的验证方式，确保第三方设备的运行安全。

作为边缘计算数据采集及显示和控制装置，除了要做到人员认证的安全，还需要具备数据的通讯安全。整个装置作为边缘站点的核心设备，需要和上层云系统连接，如果采用的是公有云的方式，那么整个系统就暴露在外网中，数据的安全尤为重要，尤其是对第三方控制数据的安全，一旦被恶意解析，获取到对第三方设备的控制权限，后果不堪设想。所以有必要采用单向控制数据的传输的方式，实现控制数据单向传输，实现被控设备的安全。

附图说明

图1是基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置结构示意图；

图2是云、边、端一体化物联网平台结构示意图；

图3是音视频数据监测装置结构示意图；

图4是触控系统结构示意图；

图5是人员安全认证装置结构示意图；

图6是数据安全传输结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本实用新型实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，是基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置结构，包括边缘数字采集模块，边缘数字采集模块设置有音视频数据监测装置、触控装置及人员安全认证装置；所述音视频采集的装置、触控装置及人员安全认证装置间相互连接。

如图2所示，云边端一体化平台中边缘计算及数据采集部分的装置，主要结构是实现边缘的数据采集，采用物联网技术，通过传感器对广播电视专用的测试设备进行数据的采集，实现对音视频数据质量监测；通过专用的通讯网络通道将采集的数据上传到云中心数据管理平台，通过云平台可以下发远程指令，远程终端通过接收到的指令进行各种操作，从而实现感知、传输、分析，以及通过边缘采集设备，在边缘节点可以通过触摸屏实现对采集设备的控制；同时为了保证人员的安全，增加了对人员的安全认证，实现安全的控制；为了保证从边缘数据到被控设备之间数据的安全，采用单向红外数据的传输方式，实现被控设备的运行安全。

对边缘节点的数据采集，主要从实际业务角度，考虑到网路接入的多样性、采集端口的多样性配置不同的采集和端口模块，同时在边缘采用边缘计算、存储、控制，实现对广播电视系统的监控。

边缘采集终端通过传感器或专用广播电视监测设备进行数据的采集，作为一个数据采集和控制的边缘物联网数据采集终端，除了需要具备各种通讯端口，需要要具备不同的通讯协议，同时需要具备计算处理和控制能力。在装置的硬件结构上，首先装置需要具备网络的通讯能力，可以支持不同的通讯模块，包括wifi、5G、4G、LoRA、NB-IOT等不同硬件模块，实现和云端的通讯，其次采用ARM+LPC单片机的结构，LPC单片机具备了丰富的接口类型，目的是为了对需求数据的感知，其中包括232、485、IO、I2C、CAN、红外、蓝牙、开关量等不同的接口，这些接口可以用来对接摄像头、广播电视设备、环境数据、二维码及RFID的数据采集；最后ARM架构核心处理器提供了边缘计算、存储、控制的能力，这个是当前物联网架构中的边缘处理计算能力，计算处理不仅仅在云端，边缘的计算处理在网络中断的情况下，可以自行处理云端安排的任务。

网络传输基于通讯模块采用不同的传输方式，可以是通过4G、5G、WIFI、LoRA、NB-IOT等不同方式，将采集、管理数据以及视频、音频业务上传到云端，实现数据回传及控制指令的下发。

云端的作用是中心数据处理、存储、可视化，结合综合运维管理的需要。包括监测数据的可视化呈现、报警发布及不同维护区域的短信推送、监测业务运行管理、运行数据处理分析服务；技术资料和培训管理服务等等，实现通过云边端的方式实现广播电视业务的智能化运维。

本装置实现对视音频信号的监测：

边缘计算模块具备对广播电视音视频数据的采集功能如图3所示，即在边缘数据采集设备上配置了音视频采集的装置，实现对不同接口的音视频数据进行采集，其中包括IP接口的视音频信号，包括不同IP码流封装协议(UDP、RTSP、RTMP、HLS等)；不同的编码协议，其中包括(H.264、H.26、MPEG2等协议)。音视频数据监测装置包括视频、音频采集模块、ARM核心处理器及控制模块；所述视频、音频采集模块与ARM核心处理器连接；所述ARM核心处理器连接控制模块。通过音视频采集模块采集的音视频数据，提供给ARM处理器进行处理，采用ARM实现对音视频数据的边缘计算，实现对音视频数据的质量监测，同时监测的获取到的质量数据可以在本地进行保存，也可以对本地的音视频设备进行边缘的控制。上述视频、音频采集模块连接设置有不同音视频数据进行采集的接口，包括IP端口、HDMI端口、同轴端口与模拟、数字音频端口。

如图4所示，在边缘数字采集模块中增加了可触控的显示屏，整个触控板覆盖在边缘采集模块上，通过触控屏可以实现对边缘计算模块的操作，以及对接入计算模块的设备的控制。

所述触控装置包括触控屏，视频、音频数据采集模块，核心计算中央处理模块，控制单元模块；所述触控屏与视频、音频数据采集模块分别与核心计算中央处理模块连接；所述核心计算中央处理模块与所述控制模块连接；所述控制模块与第三方被控设备连接；所述第三方被控设备与所述视频、音频数据采集模块相连接。

上述视频、音频数据采集模块，实现对音视频数据、第三方被控设备数据采集，采用不同的音视频接口以及不同的协议接口，实现对第三方音视频输数据、运行数据的采集，采集的数据送至核心处理器进行计算处理，在这个模块中采用单片机扩展不同采集的物理接口。

上述核心计算中央处理模块，采用ARM架构核心处理器，提供GPU硬件加速电路和可外接存储系统，核心计算中央处理模块与音视频数据、运行数据采集模块连接，获取采集数据，并可以视频对音视频数据、运行数据的计算处理，将处理的结果可以通过触摸屏进行展示，并可以接收触摸屏下发的指令,通过控制模块，将指令传递给第三方设备，实现对第三方识别感知、计算、控制的闭环操作。整个系统采用单片机+ARM的方式，低功率、稳定可靠。

上述控制单元模块，采用单片机实现不同物理接口的适配，只要是获取核心计算中央处理模块下发的指令，通过不同的物理适配的接口，实现对第三方设备的控制。

上述触控模块，是采用触控屏的方式，包括三个方面的作用，第一是可以实现采集数据的呈现，显示通过核心计算中央处理模块计算后的数据，也可以显示音视频处理后的数据(图像、音频)；第二可以实现对第三方设备的控制，采用触控的方式获取控制信号，实现对第三方设备的控制。

第三可以呈现对第三方设备控制之后的效果，同时可以不同的修整控制参数以达到最佳的效果。

如图5所示，作为边缘计算数据采集及显示和控制装置，该设备所放置的位置往往是边缘站点或者是无人值守的机房，需要提供设备运行的安全性；同时对于边缘设备巡检，也需要专业人员定期进行设备、系统的维护，这就需要指定的人在指定的时间对设备进行巡检，如何可以进行人员的安全指定，这个就提供了一套人员安全的验证方式。

人员安全认证装置包括指纹输入设备，视频、音频数据采集模块，核心计算中央处理模块及控制单元模块；所述指纹输入设备与视频、音频数据采集模块分别与所述核心计算中央处理模块连接；所述核心计算中央处理模与控制模块连接；控制模块与第三方被控设备连接；第三方被控设备与所述视频、音频数据采集模块相连接。

在边缘计算采集模块中增加了指纹的识别设备，指纹识别设备与核心处理器直接连接，只有当被采集的指纹为验证的指纹，才可以开启系统，进行第三方设备的数据采集和控制，完成系统的维护。同时被采集的指纹数据保存在巡检数据库中，或者直接发送到中央管理系统进行维护提示，说明该系统正在维护，提示整个系统的运行安全。指纹采集认证系统对边缘站点、无人值守机房的运维起到安全保证作用。

作为边缘计算数据采集及显示和控制装置，除了要做到人员认证的安全，还需要具备数据的通讯安全。整个装置作为边缘站点的核心设备，需要和上层云系统连接，如果采用的是公有云的方式，那么整个系统就暴露在外网中，数据的安全尤为重要，尤其是对第三方控制数据的安全，一旦被恶意解析，获取到对第三方设备的控制权限，后果不堪设想。所以有必要采用单向控制数据的传输的方式，实现控制数据单向传输，实现被控设备的安全，如图6所示。

图6展示了通过红外单向数据的传输方式，实现对被动设备的单向安全控制。在图中包括边缘计算数据采集及显示和控制装置中的控制模块单向红外发送的模块，将经过中央核心处理模块接收到触控面板或者云中心发送的控制指令后，经控制模块获取到控制指令，将控制指令转换成红外的发射数据，通过单片机将发送的二进制数据调制成脉冲信号，通过红外发射管进行发射，采用单工的方式，只发射不接收。同时在被控设备上安装红外接收状态，通过红外接收管进行红外脉冲信号接收后，将数据提供给单片机进行二进制输数据的解析后获取控制指令，实现对设备的控制。

上述实施例解决：

1、不能对音视频数据的采集，同时对音视频数据进行计算处理，包括图像、音频的比对、音视频数据的采集、音视频数据的监看和监听，发明的目的是不仅仅可以采集结构化的设备数据，还可以采集非结构化的音视频数据，同时可以进行数据的处理给出判断依据，控制被采集的设备。

2、可以实现通过本地触控屏的操作，实现对本业业务的控制。在本发明中我们采用7寸左右大小的不同的触控屏幕，一方面可以显示边缘设备采集数据的内容，同时可以对被采集的设备根据需要进行现场的控制。现场的控制可能是对现场设备的维护过程中的测试，也可能是在遇到紧急状态下只能通过现成的数据采集设备对被采集的设备进行控制，解决的问题就是方便的现场人员实现对被采集设备的操作。

3、人员安全的管理，只能特定的人在特定的时间才可以实现对采集设备的控制管理，而不是所有只要设备秘钥或者懂得操作的人就可以操作边缘数据采集终端，这就需要有一个对特定人员的管理方式，只能是特定的人员来操作，这就解决了被控制设备的安全问题。

4、实现边缘数据采集终端对设备的安全控制，传统的控制方式往往是采用与被控制设备双向通讯的方式，这样往往导致既可以对设备进行控制也可以对设备进行配置，如果而配置后产品非法的信号，可能会造成重大的安全试过，所以在广播电视行业，对设备的控制要求是非常高的，尤其是暴露在公网上的设备，技术发明的目的就是对设备进行安全的控制。

虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属技术领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置，其特征在于，包括边缘数字采集模块，边缘数字采集模块设置有音视频数据监测装置、触控装置及人员安全认证装置；所述音视频数据监测装置、触控装置及人员安全认证装置间相互连接。

2.如权利要求1所述的基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置，其特征在于，所述音视频数据监测装置包括视频、音频采集模块、ARM核心处理器及控制模块；所述视频、音频采集模块与ARM核心处理器连接；所述ARM核心处理器连接控制模块。

3.如权利要求2所述的基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置，其特征在于，所述视频、音频采集模块连接设置有不同音视频数据采集的接口，包括IP端口、HDMI端口、同轴端口以及模拟和数字音频端口。

4.如权利要求1所述的基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置，其特征在于，所述触控装置包括触控屏，视频、音频数据采集模块，核心计算中央处理模块，控制模块；所述触控屏与视频、音频数据采集模块分别与核心计算中央处理模块连接；所述核心计算中央处理模块与所述控制模块连接；所述控制模块与第三方被控设备连接；所述第三方被控设备与所述视频、音频数据采集模块相连接。

5.如权利要求1所述的基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置，其特征在于，所述人员安全认证装置包括指纹输入设备，视频、音频数据采集模块，核心计算中央处理模块及控制模块；所述指纹输入设备与视频、音频数据采集模块分别与所述核心计算中央处理模块连接；所述核心计算中央处理模与控制模块连接；控制模块与第三方被控设备连接；第三方被控设备与所述视频、音频数据采集模块相连接。

6.如权利要求4或5所述的基于边缘计算采集、处理、显示与安全控制装置，其特征在于，所述控制模块通过红外数据单向发送方式与所述第三方被控设备传输连接。

Images